更换排气阀座引起的串气漏水故障分析

2018-05-07张涛

世界海运 2018年5期

张涛

某深水多功能工程船，配备DP2动力定位系统，采用电力推进方式，由四台发电柴油机为全船提供电力，柴油机型号为Wartsila 8L26，每台功率2 600千瓦。

一、冷却水系统进入空气故障分析

1.现象描述

四台柴油机每台总运转时间大致相同，约为20 000小时，同时进厂大修，各缸缸头排气阀及阀座全部更换，汽缸、活塞和连杆等部件检修，修理完毕后投入运行，在运转中发现有三台柴油机冷却水系统不同程度地有空气存在，导致冷却水压力波动，严重时失压，冷却水高温报警，自动停机。本船设计每台柴油机都有独立的冷却水系统（如膨胀水柜、热交换器等），与其他柴油机完全隔离，不会存在相互串气。分别对三台柴油机冷却水系统（如水泵、阀件、管路、冷却器等）全面检查，没有查明进气原因，直至某次冷却水取样化验，发现这三台柴油机水样不同程度地变黑（见图1、图2），化验结果显示，变黑的原因是冷却水中含有燃烧产物。燃烧室是由汽缸、活塞和缸头组成。进一步检查燃烧产物的来源，排除了汽缸和活塞，只能是来自缸头。将冷却水发黑最严重的柴油机缸头拆下进行水压试验，发现8个缸头都不同程度地从排气阀座与排气阀座孔密封面处漏水，见图3。

图1 四台副机冷却水样前后对比

图2 变黑较重的柴油机冷却水前后对比

图3 缸头水压试验，从排气阀座与排气阀座孔密封面处漏水

2.原因分析

排气阀座镶嵌在缸头上，阀座与阀座孔为过盈配合，柴油机运转时，排气阀座孔触火面与触水面存在较大温差，要求阀座能承受燃烧室的高温和气阀运动的冲击，不松动，不脱落，耐腐蚀。该柴油机使用和维护保养说明书对阀座的修理规定是：检查阀座，如有松动或磨损超差，应更换阀座。更换阀座的方法和要求：采用专用液压工具将阀座拉出，再用另一专用工具将新阀座压入，压入前将缸头均匀缓慢加热至90 ℃，阀座冷却至50 ℃，阀座最大直径外圆与阀座孔密封面处（见图4缸头结构示意图的A处）还需要涂抹耐高温密封胶Loctite 620。但是实际的更换情况是：拆卸旧阀时，没有使用专用液压工具拉出阀座，根据经验采用锤击的方法敲出阀座，致使部分缸头的排气阀座孔贴合面处受到破坏，有椭圆现象，椭圆度超过允许值；旧阀座与孔的配合间隙过盈量只在0.01～0.02毫米（要求在0.03～0.08毫米）；安装新阀座时使用了非耐高温密封胶。尽管当时阀座装配完毕后试压未见漏水，但是柴油机运转时排气阀座长期处于高温环境下，密封胶失效，阀座与缸头阀座孔不能形成有效的密封，高压燃气（80%负荷时高达170巴）通过阀座与阀座孔的密封面进入冷却水腔中，导致冷却水变黑，冷却水压不稳定。

3.解决方法

对试压发现有漏的排气阀座A处和B处（见图4）进行扩孔，换用加大尺寸的排气阀座（见图5），按照说明书要求进行拆装，再未出现冷却水进入空气的问题。

图4 缸头结构示意图

图5 加大尺寸的排气阀座结构示意图

二、冷却水漏入排烟管故障分析

1. 现象描述

换用加大尺寸的阀座后，运转期间，冷却水进气的现象消失了，但是另一个奇怪的事情出现了：停机时膨胀水柜水位不变，运行时水位下降，并且在负荷变化时下降明显，严重时下降速度约为20升/小时。

2. 原因分析

将冷却水系统封闭打压，检查系统内各段管路及连接设备，未发现漏水，排除了冷却水从管路系统漏水的可能性；吹车时也未发现有漏水迹象，基本可以排除冷却水从缸头处漏至燃烧室的可能性；油底壳液位也未见上升，排除了汽缸漏水的可能性。

此问题是在更换加大阀座后发生的，所以还是应从此处入手。此次换新的加大尺寸阀座由厂家提供，对比新旧阀座外形可以看出（见图6、图7），新阀座不仅最大外圆处比旧阀座大0.5毫米，而且在O形胶圈处还多出一级，这样，对应新阀座的形状，排气阀座孔A、B处就要做相应的扩孔改造，来适应新阀座，见图4缸头结构示意图的A处和B处。

图6 原来的旧排气阀座

图7 加大0.5 mm尺寸的新排气阀座

是否冷却水会从O形胶圈处漏水至排烟管呢？为验证再次将全部缸头拆下试压，但是未见漏水，为保险起见将所有排气阀座取出，发现有4个排气阀座的O形胶圈外表面损坏，其对应的排气阀座孔B处加工精度不够，表面有凸台，导致安装阀座时，O形胶圈被凸台碰伤。见图8、图9、图10。在热态和震动状况下，冷却水从O形胶圈表面缺陷处渗漏，被高温烟气汽化后一同排出烟囱；冷态时O形胶圈处阀座与孔配合间隙小，冷却水不会渗出。这样，柴油机在运行时膨胀水柜冷却水位下降，停机时水位正常。